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1.壓力管道金屬材料的特點(diǎn)
壓力管道涉及各行各業(yè)，對(duì)它的基本要求是“安全與使用”，安全為了使用，使用必須安全，使用還涉及經(jīng)濟(jì)問(wèn)題，即投資省、使用年限長(zhǎng)，這當(dāng)然與很多因素有關(guān)。而材料是工程的基礎(chǔ)，首先要認(rèn)識(shí)壓力管道金屬材料的特殊要求。壓力管道除承受載荷外，由于處在不同的環(huán)境、溫度和介質(zhì)下工作，還承受著特殊的考驗(yàn)。
?。?）金屬材料在高溫下性能的變化
?、偃渥儯轰摬脑诟邷叵率芡饬ψ饔脮r(shí)，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，緩慢而連續(xù)產(chǎn)生塑性變形的現(xiàn)象，稱為蠕變。鋼材蠕變特征與溫度和應(yīng)力有很大關(guān)系。溫度升高或應(yīng)力增大，蠕變速度加快。例如，碳素鋼工作溫度超過(guò)300～350℃，合金鋼工作溫度超過(guò)300～400℃就會(huì)有蠕變。產(chǎn)生蠕變所需的應(yīng)力低于試驗(yàn)溫度鋼材的屈服強(qiáng)度。因此，對(duì)于高溫下長(zhǎng)期工作的鍋爐、蒸汽管道、壓力容器所用鋼材應(yīng)具有良好的抗蠕變性能，以防止因蠕變而產(chǎn)生大量變形導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破裂及造成爆炸等惡性事故。
?、谇蚧褪涸诟邷刈饔孟?，碳鋼中的滲碳體由于獲得能量將發(fā)生遷移和聚集，形成晶粒粗大的滲碳體并夾雜于鐵素體中，其滲碳體會(huì)從片狀逐漸轉(zhuǎn)變成球狀，稱為球化。由于石墨強(qiáng)度極低，并以片狀出現(xiàn)，使材料強(qiáng)度大大降低，脆性增加，稱為材料的石墨化。碳鋼長(zhǎng)期工作在425℃以上環(huán)境時(shí)，就會(huì)發(fā)生石墨化，在大于475℃更明顯。SH3059規(guī)定碳鋼最高使用溫度為425℃，GB150則規(guī)定碳鋼最高使用溫度為450℃。
?、蹮崞谛阅茕摬娜绻L(zhǎng)期冷熱交替工作，那么材料內(nèi)部在溫差變化引起的熱應(yīng)力作用下，會(huì)產(chǎn)生微小裂紋而不斷擴(kuò)展，最后導(dǎo)致破裂。因此，在溫度起伏變化工作條件下的結(jié)構(gòu)、管道應(yīng)考慮鋼材的熱疲勞性能。
?、懿牧系母邷匮趸饘俨牧显诟邷匮趸越橘|(zhì)環(huán)境中（如煙道）會(huì)被氧化而產(chǎn)生氧化皮，容易脆落。碳鋼處于570℃的高溫氣體中易產(chǎn)生氧化皮而使金屬減薄。故燃?xì)?、煙道等鋼管?yīng)限制在560℃下工作。
?。?）金屬材料在低溫下的性能變化
當(dāng)環(huán)境溫度低于該材料的臨界溫度時(shí)，材料沖擊韌性會(huì)急劇降低，這一臨界溫度稱為材料的脆性轉(zhuǎn)變溫度。常用低溫沖擊韌性（沖擊功）來(lái)衡量材料的低溫韌性，在低溫下工作的管道，必須注意其低溫沖擊韌性。
?。?）管道在腐蝕環(huán)境下的性能變化
石油化工、船舶、海上石油平臺(tái)等管道介質(zhì)，很多有腐蝕性，事實(shí)證明，金屬腐蝕的危害性十分普遍，而且也十分嚴(yán)重，腐蝕會(huì)造成直接或間接損失。例如，金屬的應(yīng)力腐蝕、疲勞腐蝕和晶間腐蝕往往會(huì)造成災(zāi)難性重大事故，金屬腐蝕會(huì)造成大量的金屬消耗，浪費(fèi)大量資源。引起腐蝕的介質(zhì)主要有以下幾種。
?、俾然锫然飳?duì)碳素鋼的腐蝕基本上是均勻腐蝕，并伴隨氫脆發(fā)生，對(duì)不銹鋼的腐蝕是點(diǎn)腐蝕或晶間腐蝕。防止措施可選擇適宜的材料，如采用碳鋼-不銹鋼復(fù)合管材。
②硫化物原油中硫化物多達(dá)250多種，對(duì)金屬產(chǎn)生腐蝕的有硫化氫（H2S）、硫醇（R-SH）、硫醚（R-S-R）等。我國(guó)液化石油氣中H2S含量高，造成容器出現(xiàn)裂縫，有的投產(chǎn)87天即發(fā)生貫穿裂紋，事后經(jīng)磁粉探傷，內(nèi)表面環(huán)縫共有417條裂紋，球體外表面無(wú)裂紋，所以H2S含量高引起應(yīng)力腐蝕應(yīng)值得重視。日本焊接學(xué)會(huì)和高壓氣體安全協(xié)會(huì)規(guī)定：液化石油中H2S含量應(yīng)控制在100×10-6以下，而我國(guó)液化石油氣中H2S含量平均為2392×10-6，高出日本20多倍。
③環(huán)烷酸環(huán)烷酸是原油中帶來(lái)的有機(jī)物，當(dāng)溫度超過(guò)220℃時(shí)，開(kāi)始發(fā)生腐蝕，270～280℃時(shí)腐蝕達(dá)到最大；當(dāng)溫度超過(guò)400℃，原油中的環(huán)烷酸已汽化完畢。316L（00Cr17Ni14Mo2）不銹鋼材料是抗環(huán)烷酸腐蝕的有效材料，常用于高溫環(huán)烷酸腐蝕環(huán)境。[1]2.壓力管道金屬材料的選用
?。?）金屬材料選用原則
?、贊M足操作條件的要求。首先應(yīng)根據(jù)使用條件判斷該管道是否承受壓力，屬于哪一類(lèi)壓力管道。不同類(lèi)別的壓力管道因其重要性各異，發(fā)生事故帶來(lái)的危害程度不同，對(duì)材料的要求也不同。同時(shí)應(yīng)考慮管道的使用環(huán)境和輸送的介質(zhì)以及介質(zhì)對(duì)管體的腐蝕程度。例如插入海底的鋼管樁，管體在浪濺區(qū)腐蝕速度為海底土中的6倍；潮差區(qū)腐蝕速度為海底土中的4倍。在選材及防腐蝕措施上應(yīng)特別關(guān)注。
?、诳杉庸ば砸蟆２牧蠎?yīng)具有良好的加工性和焊接性。
③耐用又經(jīng)濟(jì)的要求壓力管道，首先應(yīng)安全耐用和經(jīng)濟(jì)。一臺(tái)設(shè)備、一批管道工程，在投資選材前，必要時(shí)進(jìn)行可行性研究，即經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析，擬選用的材料可制定數(shù)個(gè)方案，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析，有些材料初始投資略高，但是使用可靠，平時(shí)維修費(fèi)用??；有的材料初始投資似乎省，但在運(yùn)行中可靠性差，平時(shí)維修費(fèi)用高，全壽命周期費(fèi)用高。 |
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